自由意志真的存在嗎？利貝特誕辰│科學史上的今天：4/12

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

你應該看過一些圖，例如「旋轉的舞者」或「前進的騎士」，聽說這些圖可以判斷你是左腦人還是右腦人。

然而這些傳聞可能純屬謠言，或說是偽科學。因為一來，僅要你判斷舞者或騎士方向，無法確認你擅長用左腦還是右腦；二來不管你進行的是理性的思考，還是感性的創意，兩側的大腦都要同時使用。不管科不科學，所謂的左腦右腦開發，恐怕是史上最廣為流傳的心理學迷思吧！

正常人左右腦之間，會透過胼胝體（corpus callosum）來溝通訊息。可是，在醫療倫理未像今天這樣良好建立的時代，神經外科醫師會為癲癇病患進行一種手術，把胼胝體咔嚓切掉，讓大腦不正常的同步放電侷限在一個腦半球，減輕癲癇發作時的症狀。

胼胝體被咔嚓掉的病患，日常生活裡的人格、認知和心理，似乎沒啥重大改變，直到加州理工學院的羅傑．斯佩里（Roger W. Sperry，1913－1994）和他的學生找來裂腦人進行一系列設計巧妙的實驗，發現阻斷左右腦之間的互通有無、讓左右腦不知道另一個腦半球在想啥，會產生不少有趣的實驗結果，也揭露出腦功能側化（Lateralization of brain function）的發現。

當左右腦不能溝通，會發生什麼事？

羅傑．斯佩里因裂腦人的研究榮獲 1981 年諾貝爾生理醫學獎，當時功勞最大的學生是葛詹尼加（Michael S. Gazzaniga），他們共同在加州理工設計一系列實驗，探討裂腦人在語言、視覺和運動上的變化，透過那些實驗，他們發現一些神經認知過程，有左右腦功能側化的現象，也就是主要會由一個腦半球掌管。

此外，他們也發現左腦主要負責說話和語言能力，右腦主要掌管空間和面部辨識。在裂腦人左右腦無法溝通的情況下，研究人員分別讓左右眼觀看不同圖像，實驗者居然可以掰出自以為合理的解釋，例如給右腦看一個雪鏟，左腦看雞爪，實驗者分別用左手指著雪鏟、右手指著雞爪，說鏟子是用來清雞糞的。

裂腦研究的啟示是，大腦並不像學界曾經認定的同質化處理信息，相反的，腦組織會特化成不同模組和迴路來進行特化功能。

這個啟示是個典範轉移，因為當時美國心理學界主導的是行為主義，主張心理學應該研究「可以被觀察和直接測量的行為」，反對研究「沒有科學根據的意識」。

可是葛詹尼加創意的認知神經科學，卻開啟了對意識的科學研究，也因為認識到腦是由不同模組和迴路組成的，葛詹尼加在《我們真的有自由意志嗎？》（Who’s in Charge？: Free Will and the Science of the Brain）一書中主張：腦中沒有一個主導的命令中心，「自我」和「自由意志」都是幻覺，意識是腦整體平行而分散地運作下由「解譯器」產生的（詳情請參見《我們真的有自由意志嗎？》）。

一窺腦科學家的科學與人性面

《切開左右腦：葛詹尼加的腦科學人生》（Tales from Both Sides of the Brain: A Life in Neuroscience）是羅傑．斯佩里高徒葛詹尼加的自傳。葛詹尼加除了是位優異的學者，也相信科學家必須和社會大眾溝通，所以也寫了《大腦、演化、人》（Human: The Science behind What Makes Us Unique）、《社交大腦》（The Social Brain）、《心智問題》（Mind Matters）、《自然界的心智》（Nature’s Mind）、《倫理的腦》（The Ethical Brain）、《我們真的有自由意志嗎？》等科普書。

葛詹尼加的教職經歷很豐富，曾兩度在他的母校達特茅斯學院（Dartmouth College）任教，也兩度待過加州大學聖塔巴巴拉分校，還有在筆者我的母校加州大學戴維斯分校創立的神經科學研究中心，中間還待過紐約大學、紐約州立大學石溪分校、康乃爾大學醫學院等。此外，他創辦了《認知神經科學期刊》，還創建了認知神經科學學會。

《切開左右腦》中，葛詹尼加描述他們研究的進行過程以及科學上的意義。他一開始主要的研究是透過裂腦人進行，隨著技術的進步，他們可以利用更先進的儀器探討大腦功能，如 CT、fMRI、PET、SPECT、MEG 等等，非專家的讀者不見得需要知道這些縮寫的詳細內容，但這般在技術上與時俱進，對科學研究而言是非常重要的。

他也談到生活中相關的決定，如搬家、婚姻、旅行等等，在《切開左右腦》中讓人見識到頂尖科學家的人性層面；另外還有在團隊、期刊、學會、研討會和研究單位創建等過程中，他如何和許多學者、甚至是媒體人及政治家建立了深厚友誼，以及受到許多貴人的相助，可以看出科學研究不是單打獨鬥，人緣好也是很重要的。

整本書，完全沒有談到 KPI、SCI 和期刊論文點數，只有對研究旺盛強烈的好奇心，不像今天亞洲多國學者在政府搞不清楚狀況下，被套牢在拚論文篇數和點數的困境裡；何況從書中葛詹尼加多次在不同大學院校擔任主管、和上層應對打交道的經驗來看，愈有效率的方式往往是愈有彈性的，被一大堆規定綁死、疲於和官僚打交道，只會扼殺一流的創意、製造二流的成果。

如果你對腦科學和神經科學感興趣，《切開左右腦》是本必讀讀物。而如果是想要獻身科學研究或者只想要瞭解相關工作，《切開左右腦》同樣是本很好的參考讀物！

本文原刊登於閱讀最前線【GENE 思書軒】，並同步刊登於 The Sky of Gene。

或許你聽過棉花糖實驗，但是身為成人或青少年，棉花糖恐怕不算啥誘惑了，不過如果是金錢、榮耀、高富帥／白富美、高熱量食物、電動遊戲……呢？我們目前能抗拒誘惑，是否只是心中真正想得到的東西還未出現，又或者真是自己自制力真的特強？

棉花糖的實驗，如何討論自制力？

廣為人知的史丹佛棉花糖實驗（Stanford Marshmallow Experiment），是 1966 年到 1970 年代早期，史丹佛大學心理學家沃爾特．米歇爾在幼兒園進行的一系列關於自制力的心理學經典實驗。心理學家召集六百多名四歲兒童進行了一場簡單的實驗。每位孩子在房間裡獨處十五分鐘，面對桌上一顆棉花糖，如果研究人員回來時棉花糖還在桌上，這位孩子會多得到一塊棉花糖作為獎勵。然而若他們吃掉了棉花糖，實驗就此結束，他們也拿不到多一塊棉花糖。如果孩子沒吃掉棉花糖，則會得到第二塊。十五分鐘的等待換得報酬率百分之百的投資，對四歲孩子來說是個很不錯的交易。

不少小孩忍不住把棉花糖吃了，約有三分之一的小孩撐過了十五分鐘，得到了第二塊棉花糖的獎勵。後續的追蹤研究發現，四歲時能忍著沒吃第一塊棉花糖的孩子，長大後學業表現較佳。他們與老師、同學、父母互動較好，收入也較高而且身體也較健康等等。

簡單來說，棉花糖實驗顯示有自制力抗拒誘惑延遲滿足的人，可能在事業和人生有比較好的成就。然而，如果無法忍著不吃棉花糖，是否就注定了未來一事無成？ 有人天生自制力就較強，就像肌肉一樣，有人天生肌肉發達。但自制力能鍛鍊，也像肌肉一樣會痠痛疲憊，；如果自制力可能比智商更重要，那麼我們對下一代的教育，是否更該重視自制力養成？德國著名的神經科學家和科普作家阿希姆‧鮑爾（Joachim Bauer）的《棉花糖的誘惑：從腦神經科學看自制力》（Selbststeuerung: die Wiederentdeckung des freien Willens）談的就是這個問題。

真正的自由意志，來自於「自制」？

《棉花糖的誘惑》的寫作風格和英美科普書不同，很有德式冷靜的論證風格。阿希姆．鮑爾第一章就從哲學、神經科學及心理學的角度抨擊主張人沒有自由意志的神經科學研究和主張。

我在此專欄中介紹過這個主張，包括《我們真的有自由意志嗎？：意識、抉擇與背後的大腦科學》（Who’s in Charge? : Free Will and the Science of the Brain）和《我即我腦：從子宮孕育到阿茲海默症，大腦決定我是誰》（Wij Zijn Ons Brein），都有提到神經科學研究推翻了自由意志等等，證據是在我們的意識作出反應前的些微片刻，下意識（或稱潛意識或無意識）就先有了決定。

但是阿希姆．鮑爾認為如此解讀是個嚴重的誤解，他主要論點是我們的精神活動中，有意識的相對之下僅是一小部分，但意識和潛意識並非單向溝通、而是互相滲透的，潛意識並非自由意志的敵人。

阿希姆．鮑爾主張，真正的自由來自自制，這和千古以來哲人大德的主張一樣。只要我們能夠靜下心來思考，比較不同狀況中各個選項的利弊得失，繼而做出選擇，我們就擁有「自由意志」。他接著論證，人類天生就具有習得自制的能力，前額葉皮質裡的神經網絡是自制力的神經生物基礎，兩歲以前的教養，教導小孩不衝動行事，對妥善自制力的養成格外重要。

如果自由意志也是教育問題，社會經驗會影響大腦發育，那下一代小孩的自制力教育，大人責無旁貸，畢竟如果大人都不可靠，那怎麼奢言要小孩自我節制？阿希姆．鮑爾強調，自制力並不違背人類的真實天性，長久以來都是我們的一大生物功能，使我們在滿足立即需求與達成長期目標之間，取得健康的平衡。的確，人類相較其他靈長類親戚最大的差異之一，就是人類較發達的前額葉皮質，讓人類能夠有理性決策的能力。

如今西方國家邁向成癮社會，讓阿希姆．鮑爾感到擔憂。他探討了德國人的自我節制能力，認為無法抗拒菸酒和飲食習慣的誘惑，造就了一大批不健康的國民。他同時也批評現代媒體的過度使用，讓小孩沉迷網路世界，逃避了真實世界中更多的樂趣。

能抵抗棉花糖誘惑的小孩，長大後也比較健康。因此阿希姆．鮑爾主張，優良的醫學不應僅止於提供患者藥物、手術及療程，而應幫助患者增強心理上的自制潛能，啟動病患生理上的自癒能力；對於病人，他認為疾病的挑戰促使我們重新探索人生，若能藉此強化自我力量的覺醒，就能化危機為轉機，激發對抗阿茲海默症及癌症等重大疾病的潛能。

中庸之道：適度體會誘惑，同理並掌握自制

儘管自制力真的很重要，但《棉花糖的誘惑》的作者是德國人，而東亞社會卻有許多狀況和歐洲文化不同。如東亞社會傳統上極為強調的溫良恭儉讓，就是自制力的不同面向。我們的應試教育，除了考智商，不就是強迫小孩學習延後滿足嗎？在整個教育過程，要求小孩對抗遊樂和兩性交往的誘惑，強迫他們把滿足時間延後十幾廿年到出社會後，然後屆時才責備孩子沒有社交和兩性交往的能力。

另外，自制力應用到了極致，塑造的可能不是人，而是「超理性」的怪物，沒有同理心，無法享受生活的樂趣。一切所作所為都不是為了樂趣，全都是一項又一項的利害算計。其實這樣的人，歷史上不少，如阿道夫．希特勒，就是個野心勃勃、自制力超強的人，難道他對人類造成的苦痛會太少嗎？

因此我認為，要作為一個有同理心的人，中庸之道不是用自制力去抗拒排斥所有誘惑，而該適時適度地體驗一下誘惑的樂趣吧？

本文原刊登於閱讀‧最前線【GENE思書軒】，並同步刊登於The Sky of Gene。